超聲振動(dòng)輔助磨料水射流拋光沖蝕機(jī)理和工藝技術(shù)研究.pdf

1、本研究采用工件切向振動(dòng)的方式將超聲振動(dòng)引入微磨料水射流拋光硬脆材料，提高材料的去除率和表面質(zhì)量。超聲振動(dòng)可以增強(qiáng)材料的塑性剪切去除能力，降低拋光表面粗糙度，改善由于磨粒沖蝕而產(chǎn)生的紋理。本文研制了超聲振動(dòng)工作臺(tái)和超聲振動(dòng)輔助流化磨料供給裝置，模擬研究了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流拋光加工中振動(dòng)工件表面的射流沖擊流場(chǎng)，對(duì)超聲振動(dòng)輔助磨料粒子沖蝕行為進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，研究了材料去除機(jī)理，建立了單顆磨料粒子材料去除體積模型，采用顯式動(dòng)力學(xué)有限元方法

2、模擬研究了沖蝕過(guò)程，建立了拋光表面粗糙度預(yù)測(cè)模型并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)研究了工件超聲振動(dòng)對(duì)拋光效率和表面粗糙度的影響。
　　研制了超聲振動(dòng)工作臺(tái)和超聲振動(dòng)輔助流化磨料供給裝置，并對(duì)超聲振動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。結(jié)果表明，該工作臺(tái)的振動(dòng)特性滿足研究要求，超聲振動(dòng)輔助流化磨料供給裝置能對(duì)400＃-2500＃的磨料實(shí)現(xiàn)流量為200mg/s的穩(wěn)定控制。
　　模擬研究了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流拋光加工中振動(dòng)工件表面的射流沖擊

3、流場(chǎng)，分析了工件振動(dòng)對(duì)壁面射流止滯區(qū)和側(cè)流區(qū)壓力、速度場(chǎng)的影響，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了振動(dòng)工件表面的射流沖擊壓力，研究了射流沖擊振動(dòng)工件表面時(shí)的流固耦合作用。結(jié)果表明，在邊界剪切作用下，流場(chǎng)的止滯效應(yīng)減弱;振動(dòng)時(shí)的射流速度高于未振動(dòng)時(shí)的射流速度，工件表面的流場(chǎng)速度分布不對(duì)稱;在施加振動(dòng)后，沖擊壓力波動(dòng)幅度明顯增加;工件表面射流壓力略低于振動(dòng)前，壓力測(cè)量結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合;射流的沖擊作用使變幅桿發(fā)生耦合振動(dòng)和變形。與振動(dòng)邊界流場(chǎng)模擬結(jié)果相比，耦合

4、分析得到的沖擊區(qū)域壓力值略低;速度場(chǎng)的峰值較高，分布形態(tài)更加不規(guī)則。
　　建立了超聲振動(dòng)輔助磨料粒子沖蝕工件材料去除機(jī)理模型和單顆磨料粒子沖蝕工件材料去除體積模型。建立了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流拋光時(shí)的磨料-工件接觸力學(xué)行為有限元模型，研究了超聲振動(dòng)對(duì)于磨料-工件接觸狀態(tài)、沖蝕率和工件材料中沖擊應(yīng)力場(chǎng)的影響。結(jié)果表明，工件超聲振動(dòng)時(shí)的沖蝕率均高于不施加振動(dòng)的情況。工件超聲振動(dòng)時(shí)的磨料-工件接觸力較大，接觸時(shí)問(wèn)較長(zhǎng)，磨料粒子速度降低顯

5、著。模擬研究了多顆磨料粒子沖擊點(diǎn)完全重疊和部分重疊情況下超聲振動(dòng)對(duì)沖蝕率的影響。結(jié)果表明，工件超聲振動(dòng)時(shí)的沖蝕率均高于未施加振動(dòng)的情況。當(dāng)多顆磨料粒子沖擊點(diǎn)部分重疊時(shí)，沖蝕區(qū)域的殘余應(yīng)力主要是壓應(yīng)力。建立了超聲振動(dòng)輔助磨料水射流光滑粒子流體力學(xué)模型。結(jié)果表明，工件超聲振動(dòng)時(shí)的沖蝕率較高。實(shí)驗(yàn)研究了超聲振動(dòng)輔助單顆磨料粒子的沖蝕情況。結(jié)果表明，在沖擊角度相同的條件下，超聲振動(dòng)輔助磨料粒子沖蝕劃痕深度較大。
　　建立了超聲振動(dòng)輔助磨料

6、水射流拋光表面粗糙度預(yù)測(cè)模型和基于二次響應(yīng)曲面法的超聲振動(dòng)輔助磨料水射流拋光加工工藝參數(shù)優(yōu)化模型。結(jié)果表明，表面粗糙度預(yù)測(cè)模型能較好地預(yù)測(cè)拋光表面粗糙度;拋光表面由大量沖蝕磨料粒子形成的微溝痕創(chuàng)成，工件材料的去除方式均為塑性剪切，工件原始表面上的微缺陷基本被完全去除;施加超聲振動(dòng)可提高沖蝕材料去除率和拋光效率，磨料粒子形成的溝痕深度略大于未施加超聲振動(dòng)的情況，表面粗糙度略高于未施加超聲振動(dòng)的情況;未施加超聲振動(dòng)時(shí)磨料粒子形成的溝痕是具有